TW201309877A - 被動式及主動式混用太陽能通風塔結構 - Google Patents

Abstract

一種被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，係以一再生能源的光電應用驅動通風單元，來形成主動式的強制對流(Forced Convection)，並以一浮力單元產生的溫室效應，同時利用開口部外之大氣風場與內部空氣的密度不同，來形成被動式的自然對流(Free Convection)通風換氣之機制，來架構成一以太陽能主動式結合自然被動式的通風塔結構，如此可進一步來提升建築物通風換氣的效率，並可符合節能需求，更可有效的量化通風塔的使用效能。

Description

被動式及主動式混用太陽能通風塔結構

本創作為一種通風塔結構，更為一種運用光電太陽能的通風塔結構，特別是有關於一種兼具有被動式及主動式混用的太陽能通風塔結構，可應用於搭配各種建築物的通風換氣系統。

習知建築物之通風裝置為自然通風塔，其係設置於建築物屋頂上，用以促使該建築物內的氣體流通，此種自然通風塔連接著建築物結構內部的排氣通道(如：樓梯間、採光天井或排氣管路等)，不需要消耗任何電源，僅需利用自然風力即可運作來形成通風效果，因此可有效節省能源，然而其通風效率不高，且自然風力容易受天候影響，所以其使用效能亦大打折扣。

而外國寒冷地區住家中皆設置有火爐於冬天取暖之用，因怕一氧化碳中毒之危險，故在煙囪頂端裝設有渦輪通風器(LOMANCO)，可藉由煙囪效應(Stack Effect)使室內熱氣往上排出來產生空氣流動，同時藉由空氣流動使渦輪通風器轉動，進而將屋內空氣排出屋外來達到換氣的進階目的，此裝置即為目前一般建築物常用的通風球，通風球的構造包括複數渦輪片共連於一中軸，形成球狀外型，常用來放置於工廠與居家等建築物之屋頂，本身構造由於有裝置複數渦輪片使其在外能增加受風面積，主要設計要點為住家或工廠使用渦輪自然通風器將屋內熱氣排出時。

但通風球仍屬被動式的換氣通風裝置，在無自然風的情況下若僅想以室內煙囪效應(Stack Effect)來推動換氣，其效能不彰，為此遂有業者於上述自然通風球底部增設風扇裝置，來提升習知自然通風球之換氣效果，但如此的方式並不符合節能省碳的環保需求，是以現有習知的通風設備仍有未臻完善之處而有待改善，因此若能設計一套通風換氣效能良好且兼具節能環保的通風裝置，來增加居住的舒適性，實為一值得思考之技術課題。

面對目前地球氣候的異常，夏季炎暑的酷熱氣候對於人類生活上的影響，已形成了重要的影響，雖然科技的進步為人類帶來許多便利性的設備(如：電扇、冷氣等之空調設備)，可在夏季時提供涼爽舒適的室內環境，然而在能源日益短缺的未來，高額的能源消耗的設備將不符合未來的綠能趨勢，以及利用前述設備在封閉環境中對人體健康的影響，勢必使人類必須回歸到利用自然方式來思考如何解決這些問題。

一般建築物所採行的自然通風方式，大都以利用門窗做為空氣流通的通道，但考量生活隱密性及安全的需要，門窗亦不適於作長時間的開啟，如此卻也影響了空氣流通的功能，造成屋內悶熱的環境及空氣流通不良，此情況在大面積的建築則尤為明顯(如：工廠、禮堂等)，大面積的建築因為建地寬敞及熱空氣具上升的性質，所以空氣容易滯留在建築物內部無法排出，一般門窗設計也無法滿足內部通風及散熱換氣的需要，因此在門窗上加裝抽風設備來加速空氣流通是常見的解決方式，但抽風設備耗損能源對經濟成本是一種負擔，所以通風塔實為解決建築物換氣一思考途徑；有鑑前述對通風塔的需求，本發明提出一種被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，可達成建築物內部通風及散熱換氣，增加室內環境的舒適度。

此被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，係以一開口部並結合一浮力單元產生的煙囪效應(Stack Effect)，應用大氣風場與內部空氣的密度差，來形成被動式的自然對流(Free Convection)通風機制，同時以再生能源的光電應用驅動通風單元，來形成主動式的強制對流(Forced Convection)換氣機制，如此可有效提升建築物通風換氣的效率並達到節能目的，同時也可將通風塔的使用效能數據化；而本發明之另一目的，則在於將通風塔各單元模組化，以便於設計及利於安裝於不同的環境場地之中。

有關本發明之詳細內容及技術，茲就配合圖式說明如下。

根據本發明所揭露之被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，首先請參閱「第1圖」所示，其為本發明被動式及主動式混用太陽能通風塔結構之實施例分解示意圖。

此實施例之被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，其通風塔1係由開口部11、浮力單元20、通風單元30及連接部40所組成，從圖面外觀上看來，光電板31設置於外罩10的任一側，使用者可依據建築物的座向方位，安裝在易於接收光能(太陽光)的位置，來接收足夠的光源來供光電板31作光電轉換，而外罩10內設置有開口部11，外罩10頂部設置有排氣口，底部則設置有至少一個排水口14，開口部11上設置有多向開口的導流片12，頂部則設置有檔水片13，下方則連接有浮力單元20，浮力單元20包含有外部殼體21及吸熱層體22，外部殼體21為透光結構，可選用具良好透光性的材質來製作，內部則容置有吸熱層體22，浮力單元20用於吸收熱能來對內部空氣加熱，來促進內部空氣向上流動。

浮力單元20向下連接有通風單元30，通風單元30除了外接的光電板31之外，更包含電能儲存單元34及扇葉32與馬達33所組成的排氣風扇，最底層結構則為連接部40，圖中本發明之通風塔結構藉由彎角型態的連接部40與建築物結構50側壁接合以成為一體，連接部40可用於接收建築物結構50內部空氣，而通風單元30與連接部40連接，通風單元30用於產生壓力差來形成主動式強制對流機制，並將內部空氣向浮力單元20傳送，浮力單元20則對內部空氣進一步加熱以產生溫室效應，並藉由開口部上的導流片12，來將內部空氣排出通風塔結構，前述通風塔結構組裝後的態樣請參照「第2圖」所示，其為本發明被動式及主動式混用太陽能通風塔結構之實施例剖面示意(1)圖。

最後請繼續參閱「第3圖」，為本發明被動式及主動式混用太陽能通風塔結構之實施例動作示意圖，其中通風塔外罩10之外側設置的光電板31，可接受光能並將光能轉換成為電能後傳送到電能儲存元件34，電能儲存元件34則可儲存此電能並提供給排氣風扇作為工作電源；連接部40與建築物結構50接合成為一體後，建築物結構50內部空氣可藉由煙囪效應(Stack Effect)向上傳送到連接部40，而通風單元30則可以扇葉32與馬達33所組成的排氣風扇，透過扇葉32的轉動來產生壓力差形成主動式強制對流機制，此壓力差即為室外環境風場所產生的風壓與排氣風扇的扇葉32轉動運作下所產生的壓差。

透過此強制對流排氣機制，內部空氣會被通風單元30向上(浮力單元20)傳送，浮力單元20為一透光結構，所以可利用日光對內部空氣進一步加熱，此實施例為了提升加熱效應，特別於外部殼體21內更設置有吸熱層體22，吸熱層體22可使用良導熱的材質來製作，且表面更覆蓋有一層選擇性吸收塗膜，此選擇性吸收塗膜可選用深色吸熱材質來塗佈在吸熱層體22的表層，以增強吸收熱能來對內部空氣加熱，以產生溫室效應來將內部空氣向上推升。

此時由於外部大氣風場與加熱後的內部空氣密度不一致，所以內部空氣會由開口部11上的導流片12向外流動，本實施例之導流片12為多向開口的設計，所以四面通風更容易形成自然對流(Free Convection)，從圖中可看出開口部11外圍設置的外罩10，具有頂部面積小於底部面積的特徵，如此當內外部空氣從較寬的外罩10底部流至較狹窄的外罩10頂部時，由於流通的斷面積減小，將造成氣流加速的現象(縮流效應)，根據柏努力定律(Bernoulli’s Theory)中流速與壓力成反比的原理，在排氣口將產生強大的抽風效果，可把外罩10中的內部空氣快速吸離通風塔之外。

在多雨及有颱風產生的地區，通風塔常會產生漏雨或是內部積水的問題，因此開口部需兼具有耐風、防雨與通風的多項要求，而本發明之通風塔結構於開口部11外層所設置之外罩10，可達到防風的堅固性及良好的通風，開口部11上緣則設置有檔水片13，檔水片13可於下雨時有效遮蔽雨水，不讓雨水滴滲到通風塔結構中，而滴落在外罩10內部的雨水則可透過底部的排水口14，來將雨水排出，不會堆積在外罩10內部；通風塔結構除了需重視流體力學及通風效果之外，也可以透過設計者的巧思轉變成一種建築造形藝術，所以在可達成前述的功能下，其各單元及部件並不一定要完全依照圖示型態實施，設計者在可滿足流體力學理論及通風排氣的要求下，將其外觀藝術化。

本發明之被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，各單元部件並不需要消耗任何多餘的電力，充分利用自然能源行使光電轉換，完全達到綠能環保的要求，雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，例如：若要將排出的室內空氣體積加以數據化，可將一記數單元與通風單元電性連接，記數單元可引用電能儲存元件的電能來作工作電源，並依據排氣風扇的工作狀態，來計算及紀錄儲存通風單元排出室內空氣的詳細數據資料；或是為求光電轉換的效能可進一步增加，光電板的裝設位置亦可依據建築物座向及日照情況加以變通靈活選擇，或在不違反同一發明精神之下，本發明之通風塔結構亦可以直立式連接部40與建築物結構50接合成為一體(接合態樣請參照「第4圖」所示，其為本發明被動式及主動式混用太陽能通風塔結構之實施例剖面示意(2)圖)，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．通風塔

10．．．外罩

11．．．開口部

12．．．導流片

13．．．檔水片

14．．．排水口

20．．．浮力單元

21．．．外部殼體

22．．．吸熱層體

30．．．通風單元

31．．．光電板

32．．．扇葉

33．．．馬達

34．．．電能儲存元件

40．．．連接部

第1圖為本發明被動式及主動式混用太陽能通風塔結構之實施例分解示意圖；

第2圖為本發明被動式及主動式混用太陽能通風塔結構之實施例剖面示意(1)圖；

第3圖為本發明被動式及主動式混用太陽能通風塔結構之實施例動作示意圖；及

第4圖為本發明被動式及主動式混用太陽能通風塔結構之實施例剖面示意(2)圖。

1．．．通風塔

10．．．外罩

11．．．開口部

12．．．導流片

13．．．檔水片

14．．．排水口

20．．．浮力單元

21．．．外部殼體

22．．．吸熱層體

30．．．通風單元

31．．．光電板

32．．．扇葉

33．．．馬達

34．．．電能儲存元件

40．．．連接部

Claims (10)

1. 一種被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，該通風塔結構係以一被動式自然對流機制結合一太陽能主動式強制對流機制來達成通風換氣之功能者，該通風塔結構包含有：一連接部，該連接部與一建築物結構接合，該連接部用以接收該建築物結構一內部空氣；一通風單元，該通風單元與該連接部連接，該通風單元用以產生一壓力差來形成該太陽能主動式強制對流機制，並將該內部空氣向上傳送；一浮力單元，該浮力單元連接於該通風單元之上，該浮力單元用以對該內部空氣加熱；及一開口部，該開口部連接於該浮力單元之上，該開口部以一密度差來形成該被動式通風換氣機制，並將該內部空氣排出該通風塔結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，其中該通風單元更包含有：至少一光電板，該光電板設置於一易於接收光能之區域，該光電板用以接受一光能，並將該光能轉換成為一電能後傳出；一電能儲存元件，該電能儲存元件與該光電板電性連接，該電能儲存元件用以儲存該電能；及至少一排氣風扇，該排氣風扇包含有一馬達，且該馬上更設置有一葉片，該排氣風扇與該電能儲存元件電性連接，該排氣風扇用以接收該電能後驅動該馬達，使該葉片旋轉形成該壓力差，以將該內部空氣傳送至該浮力單元。
3. 如申請專利範圍第2項所述被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，其中該可接受日光之區域更為該通風塔結構外側及該建築物結構外側之區域中任選之。
4. 如申請專利範圍第2項所述被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，其中該電能儲存元件更包含有至少一個電池元件所組成。
5. 如申請專利範圍第1項所述被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，其中該浮力單元更包含有一外部殼體，該外部殼體為一透光結構，且該外部殼體內更容置有一吸熱層體，該吸熱層體用以吸收熱能來對該內部空氣加熱以產生一溫室效應。
6. 如申請專利範圍第5項所述被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，其中該吸熱層體更為一良導熱之材質所製作而成，而該吸熱層體表層更覆蓋有一選擇性吸收塗膜。
7. 如申請專利範圍第1項所述被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，其中該開口部更包含有：至少一導流片，該導流片用以將該內部空氣引導排出該通風塔結構；及一檔水片，該檔水片用以防止一雨水由該開口部進入該通風塔結構。
8. 如申請專利範圍第7項所述被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，其中該開口部外更設置有一外罩，該外罩更將該開口部包覆於其中，並該外罩頂部設置有一排氣口，該外罩底部則更設置有至少一個排水口，該排水口用以將該雨水排出。
9. 如申請專利範圍第8項所述被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，其中該外罩之一頂部面積更小於一底部面積以形成一縮流效應。
10. 如申請專利範圍第1項所述被動式及主動式混用太陽能通風塔結構，其中該通風單元更連接有一記數單元，該記數單元用以計算及紀錄該通風單元排出該室內空氣一數據資料。